JP4967616B2 - 多段階段状素子並びにモールドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回折素子に代表される光学素子や半導体の製造に適用される多段階段状素子の製造方法並びに多段階段状素子を成形するモールドの製造方法に関する。

ガラスや金属、シリコンなどの基材の表面に特定の微細パターンで多段階の段形状を形成してなる構造物は、回折素子に代表される光学素子として使われるだけでなく、これらの素子を製造するためのモールドとしても使用される。近年、このような用途が大きな広がりを見せており、また、より微細なパターンや、より段数の多い構造のものの要求が増加している。

また、近年のＬＳＩ銅配線プロセスに用いられるデュアルダマシン構造物の形成に対しては、三段構造のモールドを使ったナノインプリント技術を用いることによって、必要な工程数を１／３程に削減できるという報告がある。このことから、多段構造物のモールドに対する要望が高まっている（例えば、非特許文献１参照）。

多段階段状構造を製造する方法としては、各段に対応するパターンのレジストを、下層に対してアライメントした重ね合せリソグラフィによって形成し、このレジストをマスクとしてエッチングやメッキによって形成していく手法が一般的である。
かかる一般的な手法は、各リソグラフィにおいてアライメント誤差が避けられない。そこで、この問題を解決する方法として、レジストマスクと金属マスクとを組み合わせて、工程を工夫することで、アライメント誤差の問題を回避する方法が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

特許文献１に記載の方法は、レジストマスク・金属マスクの形成工程が繰り返され、かなり複雑な工程を含むものの、アライメント誤差を完全に防ぐことが可能である。
これに対し、特許文献２に記載の方法は、アライメント誤差が生じることを前提として予めパターン修正を施し、この結果生じた微細な突起物をウェットエッチングによって除去することで、前記問題を回避している。

一方、これらの手法とは異なり、重ね合せリソグラフィを行わずに多段階段状構造を形成する方法も提案されている。たとえば、電子線リソグラフィでの電子ビームドーズ量を制御することで、レジストを多段階段状に形成する方法がある（例えば、特許文献３参照）。また、ＳＯＧ層等に電子ビームの加速電圧を変化させて照射し、この照射部をエッチング除去することで、多段階段状構造を一括で作成する方法がある（例えば、非特許文献２参照）。
特許文献３や非特許文献２に記載の方法は、アライメント誤差の問題を回避できるだけでなく、リソグラフィ工程の回数を大幅に減らし、構造の段数にかかわらず一回で完了させることができる点も大きな利点である。特に、電子線リソグラフィ工程は高コストの工程であり、この工程を減らすことはコスト低減に大きく寄与する。
特開平１１−１６０５１０号公報 特開２００２−３５０６２３号公報 特表２００５−５３９３９３号公報 Proc. of SPIE., vol.5992, pp.786794 (2005) Jpn. J. Appl. Phys., vol.39, pp.68316835 (2000)

ところで、特許文献１，２に記載の方法では、リソグラフィ回数を低減することが可能であるものの、重ね合せリソグラフィが避けられないことから、製造コストの増大を招くことになる。また、近年の微細パターンでは電子線リソグラフィが避けられず、さらなるコスト増大を招いている。
また、特許文献３や非特許文献２に記載の方法においては、実用面における問題が存在する。すなわち、非特許文献２に記載の方法では、電子ビームドーズ量の大小でレジスト現像時の溶解量を制御する必要があることから、結果的に低コントラストのレジストが必要となる。しかし、近年電子線描画に使われるレジストのコントラストは非常に高く、そのような制御が難しいことから、現在一般的に使用されているレジストプロセスが使用できない。

また、微細なパターンを電子線で高精度に露光する方式では、電子ビームの散乱によるパターンの広がりを考慮する必要があるため、パターン形状や密度によって局所的に電子線照射量を変化させる手法が採られる。これを「近接効果補正」というが、このようなパターン平面形状による補正に、高さ方向に関するドーズ量変化を組み合わせるには、目的とする形状を想定した複雑なシミュレーションを必要とする。
また、特許文献３に記載の方法では、一般的な量産用高速電子線描画装置が必要であり、描画中の加速電圧変更がサポートされていない点が大きな課題である。このため、量産用の描画装置が使用できず、結果として実用的な大面積の多段階段状構造素子またはモールド（金型）を製造することが難しいという問題がある。

本発明は、上記のような従来の問題を解消するためになされたもので、複数回のリソグラフィ工程や重ね合わせリソグラフィ工程を要することなく、かつ既存のプロセス技術を大幅に変更することなく多段階段状構造をより簡便に低コストで製造できる多段階段状素子の製造方法並びに多段階段状素子を成形するモールドの製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明は、２つ以上の高さの異なる平面部が側面部により接続されて構成された階段を有する多段階段状素子の製造方法であって、基材上に前記各平面部ごとに該平面部の高さに応じて設定された寸法の開口を有する階段形成用のマスクパターンを形成するリソグラフィ工程と、前記マスクパターンをマスクとして前記基板をエッチングすることにより前記基板の表面に前記開口の寸法に応じた開口面積と深さを有する凹部からなる擬似階段状構造を形成する擬似階段工程と、前記擬似階段工程において互いに隣接する前記開口の間に対応して残された壁状構造体をエッチングにより除去して前記２つ以上の高さの異なる平面部が側面部により接続されて構成された階段状構造を形成する階段成形工程とを備え、前記リソグラフィ工程による前記マスクパターンの形成は、前記マスクパターンが前記平面部に対応して設けられた複数の開口を含んで構成され、同一の平面部に対応して設けられた前記複数の開口は隣接して設けられ、それら開口の寸法は同一で、かつ、それら開口の間隔が同一となるようになされることを特徴とする。

また、本発明は、２つ以上の高さの異なる平面部が側面部により接続されて構成された階段を有する多段階段状素子の製造方法であって、基材上に前記各平面部ごとに該平面部の高さに応じて設定された寸法の開口を有する階段形成用のマスクパターンを形成するリソグラフィ工程と、前記マスクパターンをマスクとして前記基板をエッチングすることにより前記基板の表面に前記開口の寸法に応じた開口面積と深さを有する凹部からなる擬似階段状構造を形成する擬似階段工程と、前記擬似階段工程において互いに隣接する前記開口の間に対応して残された壁状構造体をエッチングにより除去して前記２つ以上の高さの異なる平面部が側面部により接続されて構成された階段状構造を形成する階段成形工程とを備え、前記リソグラフィ工程による前記マスクパターンの形成は、前記マスクパターンが前記平面部に対応して設けられた複数の開口を含んで構成され、同一の平面部に対応して設けられた前記複数の開口は隣接して設けられ、それら開口の寸法は同一で、かつ、それら開口の間隔が同一となるようになされることを特徴とする。

本発明にかかる多段階段状素子の製造方法並びに多段階段状素子を成形するモールドの製造方法によれば、階段の各平面部ごとに該平面部の高さに応じて設定された寸法の開口を有する階段形成用のマスクパターンを基板上に形成し、このマスクパターンをマスクとして基板の表面に開口の寸法に応じた開口面積と深さを有する凹部からなる擬似階段状構造をエッチングにより形成した後、互いに隣接する開口の間に対応して残された壁状構造体をエッチングにより除去して階段状構造を形成するようにしたので、既存のプロセス技術を大幅に変更することなくリソグラフィ工程を大幅に削減することができ、これにより、工程の簡素化およびコストの低減化を図ることが可能となるとともに、重ね合わせリソグラフィ工程が不要になるため、アライメント誤差に起因する諸問題を根本的に解決することが可能となる。

以下、本発明にかかる多段階段状素子の製造方法並びに多段階段状素子を成形するモールド製造方法の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本発明にかかる多段階段状素子の製造方法並びに多段階段状素子を成形するモールド製造方法は、以下に説明する実施の形態に限定されるものではない。
本発明で採用する多段階段状素子並びにこれを成形するモールドの製造方法は、多段階段状構造を形成するに際し、ドライエッチング時のマイクロローディング効果を利用する。マイクロローディング効果は、多段階段状構造のマスクパターンを形成する孔の開口径やエッチング幅の縮小に伴って、エッチング速度が低下する現象である。この現象の原因については、例えば、「超微細加工技術（応用物理学会編、1997年、pp. 225〜227）」に概略が記載されている。

ここで、図１を参照しながら、マイクロローディング効果について簡略に説明する。
図１はマイクロローディング効果の概略を説明する模式図であり、同図（ａ）は上面図、同図（ｂ）は同図（ａ）中に示されたＡ−Ａ´線に沿う断面図である。
マイクロローディングの影響が見られるエッチングパターンでは、例えば図１に示すように、レジスト層３０１および保護層２０１をマスクとして、レジスト層開口３００、保護膜層開口２００の寸法が異なるパターンをエッチングすると、基材１０１の凹部１００のエッチング深さに差が生じる。
一般的な微細加工では、このような差が生じることは望ましくないので、エッチング条件などを詳細に制御し、極力影響が生じないような手法を講じなくてはならない。

これに対し本発明では、前記エッチング深さの差を積極的に活用することによって、多段階段状構造を形成することが特徴である。すなわち、エッチング深さは開口３００の寸法が小さくなるにつれて浅くなるので、図１（ｂ）に示すように保護層２０１中の同一面上に開口寸法の異なるパターンを配置することにより、基材１０１のエッチング深さを制御し、多段階段状構造の基礎となる形状を形成することができる。
前記開口寸法の異なるパターンの保護層２０１は、レジスト層３０１中にリソグラフィ工程によって一括で形成した微細レジストパターンをマスクとしてエッチングすることにより形成できる。これは、一回のリソグラフィ工程で多段階段状構造を形成できることを意味しており、リソグラフィ回数増加による製造コスト上昇や、アライメント誤差といった課題を解決することができる。また、レジスト層３０１の前記微細レジストパターンは、深さ方向には一様な形状であるため、リソグラフィの際に特殊な装置や材料を必要としない。
しかしながら、図１（ａ）および図１（ｂ）に示した基材１０１の断面構造では、厚さの薄い壁状の構造が残っている。そこで本発明では、この壁状構造を等方性エッチングによって除去するか、あるいはマイクロローディングを伴うドライエッチングを実施する際に、略逆テーパー形状にエッチングすることによって壁状の構造を除去する。以下本発明の実施の形態について述べる。

（第１の実施の形態）
図２は、第１の実施の形態にかかる多段階段状素子の製造工程の説明するための断面図である。
まず、図２の工程（１）において、基材１１１上に、これをエッチングする際のマスクとなる保護層２１１を成膜し、さらに、この保護層２１１上にこれをパターニングする際のマスクとなるレジスト層３１１を成膜する。保護層２１１の材質は、基材１１１をエッチングする際の耐性が十分に高く、さらに基材１１１との選択的な除去が可能なものを選択する。

次に、図２の工程（２）において、フォトリソグラフィまたは電子線リソグラフィによってレジスト層３１１をパターニングし、微細レジストパターン３１２を形成する。この微細レジストパターン３１２は、図２の工程（８）に示す最終的な多段階段状構造１１３の最下段に相当する平面部１１３ａに対応する部分（最下段相当部３１２ａ）では全体が開放される開口３１０ａが形成され、図２の工程（８）に示す最上段に相当する平面部１１３ｂに対応する部分（最上段相当部３１２ｂ）では開口を設けない。これに対し、図２の工程（８）に示す第２段目に相当する平面部１１３ｃに対応する部分（第２段相当部３１２ｃ）では、微細な線あるいは孔形状の開口３１０ｃを形成する。この線あるいは孔形状の開口３１０ｃ寸法は、基材１１１をドライエッチングする際に、マイクロローディング効果が生じるようなサイズに設計する。

次に、図２の工程（３）において、微細レジスト層パターン３１２をマスクとしてエッチングを実施し、保護層２１１をパターニングする。しかる後、図２の工程（４）において、微細レジスト層パターン３１２を剥離して、微細保護層パターン２１２（特許請求の範囲に記載したマスクパターンに相当する）を得る。なお、工程（４）以降の工程に影響が及ばないのであれば、この工程（４）を省略し、レジスト層３１１全体を残したまま次の工程に進んでも構わない。

次に、図２の工程（５）において、図２の工程（４）に示す微細保護層パターン２１２をマスクとして、異方性エッチングにより垂直ないし略順テーパー形状を呈する断面形状にエッチングして開口２１０ａ、２１０ｂの寸法に応じた開口面積と深さを有する凹部１１０ａ，１１０ｃからなる擬似階段状構造１１２を得る。異方性エッチングの際にマイクロローディング効果が生じる結果、擬似階段状構造１１２には、その異方性エッチングに伴い底部の深さに差が生じる。

次に、図２の工程（６）において、基材１１１の材質に対応したエッチング雰囲気中で、等方性エッチングを行う。このエッチング工程では、深さ方向と左右方向に同時にエッチングが進行するので、擬似階段状構造１１２の第２段相当部１１２ｃに存在する微細な壁状構造体１１２ｃ１がエッチングの進行と共に、横方向に細くなって行く。さらにエッチングを進めていくと、やがて前記壁状構造体１１２ｃ１が左右方向からエッチングされて完全に消失する。この段階で最終的な多段階段状構造１１３が得られる（図２の工程（７）参照）。ここで、符号１１３ａは多段階段状構造１１３の最下段に相当する平面部を示し、符号１１３ｂは多段階段状構造１１３の最上段に相当する平面部を示し、符号１１３ｃは多段階段状構造１１３の第２段目に相当する平面部を示している。

なお、基材１１１が微細レジストパターン３１２を用いて、直接エッチングできる場合には、保護層２１１並びに微細保護層パターン２１２は必要ない。この場合は、図２の工程（３）と図２の工程（４）を省略することができる。
また、図２の工程（５）と図２の工程（６）の間の工程で微細保護層パターン２１２を除去するようにしてもよい。この場合、最上段部分の高さに若干の変化が生じるが、工程上本質的な問題ではないため、その詳細な説明は省略する。
最後に、図２の工程（８）において、微細保護層パターン２１２を含めた保護層２１１全体を除去することで、微細な多段階段状構造１１３が完成する。

このような第１の実施の形態によれば、既存のプロセス技術を大幅に変更することなくリソグラフィ工程を大幅に削減することができ、これにより、工程の簡素化およびコストの低減化を図ることが可能となるとともに、重ね合わせリソグラフィ工程が不要になるため、アライメント誤差に起因する諸問題を根本的に解決することが可能となる。

（第２の実施の形態）
図３は、第２の実施の形態にかかる多段階段状素子の製造工程の説明するための断面図である。
まず、図３の工程（１）において、基材１２１上に、これをエッチングする際のマスクとなる保護層２２１を成膜し、さらに、この保護層２２１上にこれをパターニングする際のマスクとなるレジスト層３２１を成膜する。保護層２２１の材質は、基材１２１をエッチングする際の耐性が十分に高く、さらに基材１２１との選択的な除去が可能なものを選択する。

次に、図３の工程（２）において、フォトリソグラフィまたは電子線リソグラフィによってレジスト層３２１をパターニングし、微細レジストパターン３２２を形成する。この微細レジストパターン３２２において、図３の工程（８）に示す最終的な多段階段状構造１２２の最下段に相当する平面部１２２ａに対応する部分（最下段相当部３２２ａ）では全体を開口させ、図３の工程（８）に示す最上段に相当する平面部１２２ｂに対応する部分（最上段相当部３２２ｂ）では全体が開放される開口３２０ａが形成され、図３の工程（８）に示す最上段に相当する平面部１２２ｂに対応する部分（最上段相当部３２２ｂ）では開口を設けない。
一方、多段階段状構造１２２の第２段目に相当する平面部１２３ｃに対応する部分（第２段相当部３２２ｃ）及び多段階段状構造１２２の第３段目に相当する平面部１２２ｄに対応する部分（第２段相当部３２２ｃ）では、微細な線あるいは孔形状の開口３２０ｃ、３２０ｄを形成する。この線あるいは孔形状の開口３２０ｃ、３２０ｄの寸法は、基材１２１をドライエッチングする際に、マイクロローディング効果が生じるようなサイズに設計する。

続いて、図３の工程（３）に示すように、微細レジストパターン３２２をマスクとしてエッチングを実施し、保護層２２１をパターニングした後、図３の工程（４）において、微細レジストパターン３２２を剥離して、微細保護層パターン２２２を得る。さらに、図３の工程（５）において、図３の工程（４）に示す微細保護層パターン２２２をマスクとして、垂直ないし略順テーパーの異方性エッチングを実施し、開口２２０ａ、２２０ｃ、２２０ｄの寸法に応じた開口面積と深さを有する凹部１２０ａ、１２０ｃ、１２０ｄからなる擬似階段状構造１２２０を得る。異方性エッチングの際にマイクロローディング効果が生じる結果、擬似階段状構造１２２０には、その異方性エッチングに伴い底部の深さに差が生じる。

擬似階段状構造１２２０において、その第２段相当部１２２ｃ０と第３段相当部１２２ｄ０は、双方共に薄い壁状構造１２２ｃ１，１２２ｄ１が並んだ形状となっているが、この第２段相当部１２２ｃ０と第３段相当部１２２ｄ０では底部の深さが異なる。これは、微細保護層パターン２２２の第２段相当部２２２ｃ、第３段相当部２２２ｄの開口寸法が異なるため、マイクロローディング効果に差が生じた結果であり、この底分の深さの差が、図３の工程（８）に示す最終的な多段階段状構造１２３の各段の高さの差となる。１２２ｂ０は擬似階段状構造１２２０の第１段相当部である。

次に、図３の工程（６）において、基材１２１の材質に対応したエッチング雰囲気中で、等方性エッチングを行う。このエッチング工程では、深さ方向と左右方向に同時にエッチングが進行するので、擬似階段状構造１２２の第２段相当部１２２ｃ０、第３段相当部１２２ｄ０に存在する微細な壁状構造体１２２ｃ１，１２２ｄ１がエッチングの進行と共に、横方向に細くなって行く。さらにエッチングを進めていくと、やがて前記壁状構造体１２２ｃ１，１２２ｄ１が左右方向からエッチングされて完全に消失する。この段階で最終的な多段階段状構造１２２が得られる（図３の工程（７）参照）。ここで、符号１２２ａは多段階段状構造１２２の最下段に相当する平面部を示し、符号１２２ｂは多段階段状構造１２２の最上段に相当する平面部を示し、符号１２２ｃは多段階段状構造１２２の第２段目に相当する平面部を示し、符号１２２ｄは多段階段状構造１２２の第３段目に相当する平面部を示している。

最後に、図３の工程（８）において、微細保護層パターン２２２を含めた保護層２２１全体を除去することで、多段階段状構造１２２が完成する。
なお、基材１２１が微細レジストパターン３２２を用いて、直接エッチングできる場合には、保護層２２１並びに微細保護層パターン２２２は必要ない。この場合、図３の工程（３），（４）に示した工程は省略可能であり、かつ微細保護層パターン２２２を図３の工程（５），（６）の間に除去してもよく、上記第１の実施形態と同様である。

このような第２の実施の形態によれば、既存のプロセス技術を大幅に変更することなくリソグラフィ工程を大幅に削減することができ、これにより、工程の簡素化およびコストの低減化を図ることが可能となるとともに、重ね合わせリソグラフィ工程が不要になるため、アライメント誤差に起因する諸問題を根本的に解決することが可能となる。

上記の第１、第２の実施の形態では、階層数が３段階と４段階の場合について説明したが、これに限らず、階層数が５段階以上であってもよい。この５段階以上の場合は、微細レジストパターン３２２の開口寸法の種類を増やすことで対応できることは明らかである。

（第３の実施の形態）
図４は、第３の実施の形態にかかる多段階段状素子の製造工程を説明するための断面図である。
まず、図４の工程（１）において、基材１３１上に、これをエッチングする際のマスクとなる保護層２３１を成膜し、さらに、この保護層２３１上にこれをパターニングする際のマスクとなるレジスト層３３１を成膜する。保護層２３１の材質は、基材１３１をエッチングする際の耐性が十分に高く、さらに基材１３１との選択的な除去が可能なものを選択する。

次に、図４の工程（２）において、フォトリソグラフィまたは電子線リソグラフィによってレジスト層３３１をパターニングし、微細レジストパターン３３２を形成する。この微細レジストパターン３３２は、図４の工程（８）に示す最終的な多段階段状構造１３４の最下段に相当する平面部１３４ａに対応する部分（最下段相当部３３２ａ）では全体を開口させ、最上段に相当する平面部１３４ｂに対応する部分（最上段相当部３３２ｂ）では開口を設けない。これに対し、図４の工程（８）に示す第２段目に相当する平面部１３３ｃに対応する部分（第２段相当部３３２ｃ）では、微細な線あるいは孔形状の開口を形成する。この線あるいは孔形状開口の寸法は、基材１３１をドライエッチングする際に、マイクロローディング効果が生じるようなサイズに設計する。

次に、図４の工程（３）において、微細レジストパターン３３２をマスクとしてエッチングを実施し、保護層２３１をパターニングした後、図４の工程（４）において、微細レジストパターン３３２を剥離して、微細保護層パターン２３２を得る。なお、工程（４）以降の工程に影響が及ばないのであれば、この工程（４）を省略し、レジスト層３３１全体を残したまま次の工程に進んでも構わない。

続いて、図４の工程（５）において、図４の工程（４）に示す微細保護層パターン２３２をマスクとして、異方性エッチングを実施する。ここで、側壁が略逆テーパー形状となるようにエッチング条件を設定するのが、本実施の形態の特徴である。
図４の工程（５）において、基材１２１の材質に対応したエッチング雰囲気中で、等方性エッチングを行う。このエッチング工程では、深さ方向と左右方向に同時にエッチングが進行するので、擬似階段状構造１３２の第２段相当部１３２ｃ、第３段相当部１３２ｄに存在する微細な壁状構造体１３３ｃ１がエッチングの進行と共に、横方向に細くなって行く。さらにエッチングを進めていくと、やがて図４の工程（６）に示すように、ドライエッチング中途の擬似階段状構造１３３の第２段目相当部１３３ｃに見られる壁状構造１３２ｃ１の下部厚さがほぼゼロになる。この状態からさらにエッチングを進めると、最終的に図４の工程（７）に示すように壁状構造１３２ｃ１が消失し、微細な多段階段状構造１３４が得られる。ここで、符号１３４ａは多段階段状構造１３４の最下段に相当する平面部を示し、符号１３４ｂは多段階段状構造１３４の最上段に相当する平面部を示し、符号１３４ｃは多段階段状構造１３４の第２段目に相当する平面部を示している。
最後に、図４の工程（８）において、微細保護層パターン２３２を除去することにより、微細な多段階段状構造１３４が完成する。

このような第３の実施の形態によれば、既存のプロセス技術を大幅に変更することなくリソグラフィ工程を大幅に削減することができ、これにより、工程の簡素化およびコストの低減化を図ることが可能となるとともに、重ね合わせリソグラフィ工程が不要になるため、アライメント誤差に起因する諸問題を根本的に解決することが可能となる。
また、第３の実施の形態では、上記第１の実施の形態の場合と比べて等方性エッチングの工程が不要で、全体工程数が少なくなる利点があるが、一方で階段状構造側壁が逆テーパーとなる問題点が生じる。この逆テーパーが実用上問題とならない程度に小さくするためには、深いエッチングが必要となる点に注意が必要である。

次に、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
実施例１として、石英製の３段階のモールド作製の実施例について説明する。
この場合、工程の流れは図２と全く同様なので、図２を参照しながら、具体的な材料名等を当てはめて説明する。

まず、石英基板（基材１１１）上に２０〜１００ｎｍ程度の厚さのクロム膜（保護層２１１）を成膜する。さらにその上に、ポジ型の電子線描画用レジスト（レジスト層３１１）を１００〜１０００ｎｍ程度の厚さで塗布する（図２の工程（１）参照）。
次に、電子線露光装置を用いて露光を行うが、ここでは仮に、微細レジストパターン３１２として、開口寸法２００ｎｍのホール形状パターンを１００ｎｍの間隔を離してマトリクス状に配置するものとする（図２の工程（２）参照）。
続いて、塩素系プラズマを用いた反応性イオンエッチングによって、微細レジストパターン３１２を微細クロムパターン（微細保護層パターン２１２）に転写する（図２の工程（３）参照）。
さらに、酸素プラズマによるアッシングや薬液によるクリーニングによって、微細レジストパターン３１２を除去する（図２の工程（４）参照）。

以上の工程で、石英基板（基材１１１）をエッチングする準備が完了した。次の工程として、フッ素系プラズマを用いた反応性イオンエッチングによって、石英基板（基材１１１）をエッチングし、たとえば最下段相当部１１２ａの深さが３００ｎｍ、第２段相当部１１２ｃの深さが２００ｎｍの擬似階段状構造１１２を得る（図２の工程（５）参照）。
引き続いて、石英基板（基材１１１）全体を緩衝フッ酸水溶液中に浸漬し、石英の等方性エッチングを行う（図２の工程（６）参照）。擬似階段状構造１１２の内部が、左右方向および深さ方向に向かって等方的にエッチングされて行き、エッチング量がほぼ５０ｎｍに達した時点で、第２段相当部１１２ｃに見られた壁状の構造が消失し、多段階段状構造１１３が形成される。ここで、さらに１０ｎｍ程度エッチングを行い、全体をより平滑な面とする（図２の工程（７）参照）。
最後に、微細クロムパターン（微細保護層パターン２１２）を除去し、基板全体を洗浄して、石英凹型モールドが完成する（図２の工程（８）参照）。

（実施例２）
次に、実施例２として、上記第２の実施の形態に対応する石英製の四段階モールド作製の一例を、図３を参照しながら説明する。
まず、石英基板にごく薄いクロム膜（保護層２２１）とレジスト層３２１を成膜する点は、実施例１の場合と同様である（図３の工程（１）参照）。
次に、電子線露光装置を用いて露光を行うが、ここでは仮に微細レジストパターン３２２の第２段相当部３２２ｃとして、開口寸法２００ｎｍの線パターンを、同じく微細レジストパターン３２２の第３段相当部３２２ｄとしては開口寸法４００ｎｍの線パターンを、それぞれ１００ｎｍの間隔を開けて、並べて配置するものとする（図３の工程（２）参照）。

続いて、塩素系プラズマを用いた反応性イオンエッチングによって、微細レジスト層パターン３２２を微細クロムパターン（微細保護層パターン２２２）に転写し（図３の工程（３）参照）、さらに、酸素プラズマによるアッシングや薬液によるクリーニングによって、微細レジスト層パターン３２２を除去する（図３の工程（４）参照）。この工程は、実施例１の場合と同様である。

次に、フッ素系プラズマを用いた反応性イオンエッチングによって、石英基板（基材１２１）をエッチングし、例えば最下段相当部１２２ａの深さが４００ｎｍ、第３段相当部１２２ｄの深さが３００ｎｍ、第２段相当部１２２ｃの深さが２００ｎｍの擬似階段状構造１２２を得る（図３の工程（５参照）。
引き続き、石英基板（基材１２１）全体を緩衝フッ酸水溶液中に浸漬し、石英の等方性エッチングを行い（図３の工程（６）参照）、多段階段状構造１２３を形成する（図３の工程（７）参照）。また、微細クロムパターン（微細保護層パターン２２２）を除去し、基板全体を洗浄して、多段階段状モールドを完成する（図３の工程（８）参照）。これらも実施例１の場合と同様である。

（実施例３）
次に、実施の形態３に対応する実施例として、シリコンの逆テーパーエッチングを用いて、三階層のモールドを製造する方法について、図４を参照しながら説明する。
まず、単結晶シリコン基板（基材１３１）上に熱酸化膜（保護層２３１）を成膜し、さらにその上に電子線描画用レジスト膜（レジスト層３３１）を塗布する（図４の工程（１）参照）。
次に、電子線露光装置を用いて露光を行うが、ここでは仮に微細レジスト層パターン３３２の第２段相当部３３２ｃとして、開口寸法５００ｎｍのドットパターンを１００ｎｍの間隔を開けてマトリクス状に配置するものとする（図４の工程（２）参照）。

続いて、フッ素系プラズマを用いた反応性イオンエッチングによって、微細レジストパターン３３２を熱酸化膜パターン（微細保護層パターン２３２）に転写し（図４の工程（３）参照）、さらに、酸素プラズマによるアッシングや薬液によるクリーニングによって、微細レジストパターン３３２を除去する（図４の工程（４）参照）。
以上の工程で、単結晶シリコン基板（基材１３１）をエッチングする準備が完了したので、続いて、フッ素系プラズマを用いた反応性イオンエッチングによって、単結晶シリコン基板（基材１３１）をたとえば９５°の逆テーパー形状にエッチングしていく（図４の工程（５）参照）。

そのままエッチングを継続し、ドライエッチング中途の擬似階段状構造の第２段相当部１３２ｃに見られる壁状構造の下部厚さがほぼ０になる状態（図４の工程（６）における第２段相当部１３３ｃ）から、さらに若干のエッチングを加え、最終的にたとえば最下段相当部１３４ａの深さが１０ミクロン、第２段相当部１３４ｃの深さが６ミクロンの多段階段状構造１３４を得る（図４の工程（７）参照）。
最後に、熱酸化膜パターン（微細保護層パターン２３２）を除去し、基板全体を洗浄して、シリコン製の多段階段状モールドが完成する（図４の工程（８）参照）。

マイクロローディング効果の概略を説明する模式図である。 本発明の第１の実施の形態にかかる多段階段状素子またはモールドの製造方法を説明するための図である。 本発明の第２の実施の形態にかかる多段階段状素子またはモールドの製造方法を説明するための図である。 本発明の第３の実施の形態にかかる多段階段状素子またはモールドの製造方法を説明するための図である。

符号の説明

１０１，１１１，１２１，１３１……基材、１１２，１２２０，１３２，１３３……擬似階段状構造、１１２ａ，１１３ａ，１２２ａ０，１２３ａ，１３２ａ，１３３ａ，１３４ａ，２１２ａ，２２２ａ，２３２ａ，３１２ａ，３２２ａ，３３２ａ……最下段相当部、１１２ｂ，１１３ｂ，１２２ｂ０，１２３ｂ，１３２ｂ，１３３ｂ，１３４ｂ，２１２ｂ，２２２ｂ，２３２ｂ，３１２ｂ，３２２ｂ，３３２ｂ……最上段相当部、１１２ｃ，１１３ｃ，１２２ｃ０，１２３ｃ，１３２ｃ，１３３ｃ，１３４ｃ，２１２ｃ，２２２ｃ，２３２ｃ，３１２ｃ，３２２ｃ，３３２ｃ……第２段相当部、１２２ｄ０，１２３ｄ，２２２ｄ，３２２ｄ……第３段相当部、１１３，１２３，１３４……多段階段状構造、２０１，２１１，２２１，２３１……保護層、２１２，２２２，２３２……微細保護層パターン、３０１，３１１，３２１，３３１……レジスト層、３１２，３２２，３３２……微細レジストパターン、１００，１１０ａ，１１０ｃ，１２０ａ，１２０ｃ，１２０ｄ，１３０ａ，１３０ｃ……凹部、１１２ｃ１，１２２ｃ１，１２２ｄ１，１３２ｃ１、１３３ｃ１……壁状構造体。

Claims (12)

1. ２つ以上の高さの異なる平面部が側面部により接続されて構成された階段を有する多段階段状素子の製造方法であって、
   基材上に前記各平面部ごとに該平面部の高さに応じて設定された寸法の開口を有する階段形成用のマスクパターンを形成するリソグラフィ工程と、
   前記マスクパターンをマスクとして前記基板をエッチングすることにより前記基板の表面に前記開口の寸法に応じた開口面積と深さを有する凹部からなる擬似階段状構造を形成する擬似階段工程と、
   前記擬似階段工程において互いに隣接する前記開口の間に対応して残された壁状構造体をエッチングにより除去して前記２つ以上の高さの異なる平面部が側面部により接続されて構成された階段状構造を形成する階段成形工程とを備え、
   前記リソグラフィ工程による前記マスクパターンの形成は、前記マスクパターンが前記平面部に対応して設けられた複数の開口を含んで構成され、同一の平面部に対応して設けられた前記複数の開口は隣接して設けられ、それら開口の寸法は同一で、かつ、それら開口の間隔が同一となるようになされる、
   ことを特徴とする多段階段状素子の製造方法。
2. 前記リソグラフィ工程は、前記基板上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜をパターニングして前記マスクパターンを形成する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の多段階段状素子の製造方法。
3. 前記リソグラフィ工程は、前記基板上にマスク用の保護膜を形成する工程と、前記保護膜上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜をパターニングして前記マスクパターンに対応するレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクとして前記保護膜をエッチングして前記マスクパターンを形成する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の多段階段状素子の製造方法。
4. 前記階段の最上段に対応する平面部の前記マスクパターンの開口はなく、前記最上段を除く各平面部に対応する前記マスクパターンの開口の寸法は、該平面部の高さが低くなるにつれて大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の多段階段状素子の製造方法。
5. 前記開口は、線、ホール及びドットの何れかの形状を呈していることを特徴とする請求項１記載の多段階段状素子の製造方法。
6. 前記擬似階段工程のエッチングは異方性エッチングであり、前記階段成形工程のエッチングは等方性エッチングであることを特徴とする請求項１記載の多段階段状素子の製造方法。
7. ２つ以上の高さの異なる平面部が側面部により接続されて構成された階段を有する多段階段状素子の製造方法であって、
   基材上に前記各平面部ごとに該平面部の高さに応じて設定された寸法の開口を有する階段形成用のマスクパターンを形成するリソグラフィ工程と、
   前記マスクパターンをマスクとして前記基板をエッチングすることにより前記基板の表面に前記開口の寸法に応じた開口面積と深さを有する凹部からなる擬似階段状構造を形成する擬似階段工程と、
   前記擬似階段工程において互いに隣接する前記開口の間に対応して残された壁状構造体をエッチングにより除去して前記２つ以上の高さの異なる平面部が側面部により接続されて構成された階段状構造を形成する階段成形工程とを備え、
   前記リソグラフィ工程による前記マスクパターンの形成は、前記マスクパターンが前記平面部に対応して設けられた複数の開口を含んで構成され、同一の平面部に対応して設けられた前記複数の開口は隣接して設けられ、それら開口の寸法は同一で、かつ、それら開口の間隔が同一となるようになされる、
   を備えることを特徴とする多段階段状素子成形用モールドの製造方法。
8. 前記リソグラフィ工程は、前記基板上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜をパターニングして前記マスクパターンを形成する工程を含むことを特徴とする請求項７記載の多段階段状素子成形用モールドの製造方法。
9. 前記リソグラフィ工程は、前記基板上にマスク用の保護膜を形成する工程と、前記保護膜上にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜をパターニングして前記マスクパターンに対応するレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクとして前記保護膜をエッチングして前記マスクパターンを形成する工程を含むことを特徴とする請求項７記載の多段階段状素子成形用モールド製造方法。
10. 前記階段の最上段に対応する平面部の前記マスクパターンの開口はなく、前記最上段を除く各平面部に対応する前記マスクパターンの開口の寸法は、該平面部の高さが低くなるにつれて大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項７ないし９の何れか１項に記載の多段階段状素子成形用モールドの製造方法。
11. 前記開口は、線、ホール及びドットの何れかの形状を呈していることを特徴とする請求項７記載の多段階段状素子成形用モールドの製造方法。
12. 前記擬似階段工程のエッチングは異方性エッチングであり、前記階段成形工程のエッチングは等方性エッチングであることを特徴とする請求項７記載の多段階段状素子成形用モールドの製造方法。

Images